JP2003273160A - 半導体実装モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は半導体ベアチップと実装基板の実装
の位置ずれがなく接続の信頼性に富んだ半導体実装モジ
ュールを提供することを目的とする。 【解決手段】 実装基板１０の接続用電極１２自身に凹
部１１を設け、半導体ベアチップ１４の突起状のバンプ
１６をこの凹部１１にガイドさせて実装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に利用
される半導体実装モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器は携帯用電子機器に代表
されるように薄型化、小型化の要求が高まってきてお
り、これらの電子機器に用いられる半導体実装モジュー
ルとしても小型化、薄型化に有利な半導体ベアチップを
用いたものが多用されるようになってきている。特に半
導体ベアチップをフェイスダウン実装する構成のものが
増大している。

【０００３】従来における半導体実装モジュールとして
は、図１２に示すように実装基板１の接続用電極２に半
導体ベアチップ３の端子４に設けた突起状の金や半田か
らなるバンプ５を位置合せして当接させ超音波振動を加
えたり、加熱することによって接続結合して構成してい
た。

【０００４】また、図１３（ａ），（ｂ）に示すように
接続用電極２を設けた実装基板１に熱硬化性樹脂層６を
設け、半導体ベアチップ３の突起状のバンプ５を接続用
電極２に位置合せした後、加熱加圧することによりバン
プ５を熱硬化性樹脂層６に貫通させて接続用電極２に当
接させ、しかも熱硬化性樹脂層６の硬化に伴う半導体ベ
アチップ３を実装基板１側に引付ける力によってバンプ
５と接続用電極２とを圧接させて電気的接続をより確実
なものとするとともに実装基板１と半導体ベアチップ３
との結合を行う構成としたものも提案されている。

【０００５】さらに図１４（ａ），（ｂ）に示すように
半導体ベアチップ３のバンプ５に導電性ペースト７を塗
布し、この導電性ペースト７を実装基板１の接続用電極
２に当接させ、導電性ペースト７を乾燥させて電気的接
続を行った後半導体ベアチップ３と実装基板１間に封止
樹脂８を充填し硬化させることによって両者の結合の強
化を図った半導体実装モジュールも提案されている。

【０００６】また、図１５（ａ），（ｂ）に示すように
バンプ５を半田によって半球面状に形成し、半田ペース
トを表面に塗布した接続用電極２とを当接させ、加熱す
ることによって半田を溶融させ、冷却硬化することによ
って半導体ベアチップ３を実装基板１に接続結合する半
導体実装モジュールも開発されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成にお
いて、半導体ベアチップ３は近年多機能および高集積化
の傾向にあり、高密度実装を実現する上でこの半導体ベ
アチップ３の接続用電極２の狭ピッチ化が進められてお
り、半導体ベアチップ３と実装基板１との接続の信頼性
向上が一層強く要求されてきている。現在、半導体ベア
チップ３と実装基板１の接続は、１０μｍ程度の実装ず
れも許されなくなってきており、上述の各従来の構成に
おいてはバンプ５を接続用電極２に位置合せして当接さ
せても各々の形状により加圧状態で位置ずれを発生しや
すく、確実な接続が保証しにくいものとなっていた。

【０００８】また、狭ピッチ化に伴いバンプ５や接続用
電極２もさらに小さくなるため、熱ストレスなどに対す
る接続の信頼性もより厳しいものとなる。特に導電性ペ
ースト７や半田のバンプ５を用いたものは、半導体ベア
チップ３と実装基板１の線膨張係数の差による熱ストレ
スが繰返し加えられた場合接続部が破断してしまうおそ
れを有するものであった。

【０００９】本発明は以上のような従来の欠点を除去
し、接続の信頼性に富んだ半導体実装モジュールを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の半導体実装モジュールは、実装基板の接続用
電極自身または接続用電極の上部に半導体ベアチップの
突起状のバンプをガイドする凹部を設けた構成とするも
のである。この構成とすることにより、バンプと接続用
電極とが自動的に位置合せされて接続の信頼性の優れた
ものとすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、実装面側の端子に突起状のバンプを設けた半導体ベ
アチップと、この半導体ベアチップのバンプと接続され
る接続用電極を設けた実装基板とからなり、この実装基
板の接続用電極自身または接続用電極の上部に半導体ベ
アチップの突起状のバンプをガイドする凹部を設けた構
成であり、これによりバンプが凹部にガイドされて実装
時に自動的に位置決めが行われ、接続の信頼性の優れた
ものとすることができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、凹部を逆円錐台
形状とした構成であり、突起状のバンプが凹部のテーパ
面を滑って、接続用電極の中心部に位置合せされ、接続
の信頼性の高いものとすることができる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、凹部を蟻溝形状
とした構成であり、位置合せが行えるとともにバンプが
蟻溝形状の凹部内にはまりこんで結合強度の優れたもの
とすることができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、凹部を半球面状
とし、バンプを半球面状とした構成であり、両者が半球
面状のため確実にはまり合い、確実な接続を実現するこ
とができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、凹部を形成した
接続用電極を有する実装基板にあらかじめ形成した熱硬
化性樹脂層により、この熱硬化性樹脂層を貫通するよう
に組込まれた半導体ベアチップのバンプを接続用電極に
当接させて電気的に接続させるとともに実装基板に半導
体ベアチップを機械的に接合した構成であり、熱硬化性
樹脂層を突き破ってバンプが接続用電極の凹部に入りこ
み、熱硬化性樹脂層の硬化時の引付力でより確実に接続
できる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、凹部を有する接
続用電極にバンプの表面に形成した導電性ペーストによ
り接続した構成であり、導電性ペーストは接続用電極の
凹部に入りこみ、直接バンプと接続用電極とが接続され
る部分もできるので熱ストレスに対しても安定した接続
が維持できることになる。

【００１７】請求項７に記載の発明は、接続用電極を有
する実装基板上に上記接続用電極と対応する位置に半導
体ベアチップのバンプをガイドする凹部を有する絶縁膜
を設けた構成であり、接続用電極に凹部を設ける必要が
なく、しかも位置合せは同じように行えることになる。

【００１８】請求項８に記載の発明は、絶縁膜に設けた
接続用電極まで達する凹部に接続用電極と電気的に接続
される凹状の金属膜を設けた構成であり、接続用電極に
凹部を形成する必要がなく、容易に凹状の金属膜を形成
することができる。

【００１９】以下、本発明の半導体実装モジュールの実
施の形態について図面を用いて説明する。

【００２０】（実施の形態１）本発明の実施の形態１の
半導体実装モジュールについて図１〜図３を用いて説明
する。図１は本発明の実施の形態１における半導体実装
モジュールの要部の断面図である。

【００２１】図１において、１０は合成樹脂やセラミッ
クからなる実装基板であり、この実装基板１０の少なく
とも表面には上面に凹部１１を有する接続用電極１２が
設けられている。また、図示してはいないが、この接続
用電極１２の他に配線パターンや面実装用電子部品を実
装する電極などが形成されている。さらに内部に回路パ
ターンを形成した多層構造の実装基板としてもよい。

【００２２】１３はこの実装基板１０の表面に設けたエ
ポキシ樹脂などからなる熱硬化性樹脂層である。１４は
上記実装基板１０にフェイスダウンによって実装される
半導体ベアチップであり、この半導体ベアチップ１４の
下面に設けた端子１５には金あるいは半田からなる突起
状のバンプ１６が設けられている。

【００２３】この構成の半導体実装モジュールは以下の
ように組立てられる。すなわち、半導体ベアチップ１４
のバンプ１６は図２（ａ）に示すように上記熱硬化性樹
脂層１３を貫通して実装基板１０の接続用電極１２の凹
部１１にガイドされて位置合せされて当接し、実装治具
１７による加熱加圧処理によって図２（ｂ）に示すよう
に凹部１１内にバンプ１６が充填されて接続用電極１２
に電気的に接続されている。また、この加熱加圧による
処理によって熱硬化性樹脂層１３は硬化し、この硬化時
に発生する引付力によって実装基板１０に半導体ベアチ
ップ１４を引付け、バンプ１６と接続用電極１２との接
続をより強固に行い、しかも硬化によって実装基板１０
と半導体ベアチップ１４との機械的結合も強固に行って
いる。

【００２４】また、別の例として図３（ａ），（ｂ）に
示すように半導体ベアチップ１４のバンプ１６の表面に
導電性ペースト１８を塗布したものを実装基板１０の接
続用電極１２の凹部１１を利用して位置決めしながら接
合させ、導電性ペースト１８を乾燥させて固化させてバ
ンプ１６と接続用電極１２とを電気的に接続し、その後
実装基板１０と半導体ベアチップ１４との間に封止樹脂
１９を注入して硬化し、実装基板１０と半導体ベアチッ
プ１４との機械的な結合と、上記バンプ１６と接続用電
極１２との電気的接続の保護を行う構成とすることもで
きる。

【００２５】上記いずれの実装構造においては、半導体
ベアチップ１４を実装するときや圧力を加えるとき、さ
らには封止樹脂１９を注入するときに位置ずれを発生す
る可能性が高くなるが、接続用電極１２の凹部１１によ
ってバンプ１６が位置決めされているため半導体ベアチ
ップ１４のバンプ１６が実装基板１０の接続用電極１２
に対して位置ずれを発生することは無くなり、接続の信
頼性の高いものを得ることができる。

【００２６】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２の半導体実装モジュールについて図４により説明す
る。この実施の形態２に示すものは、実装基板１０の接
続用電極１２に設ける凹部１１の形状に工夫を加えたも
のである。

【００２７】すなわち、実施の形態１においては凹部１
１は円柱形としていたが、実施の形態２においてはこの
凹部１１を逆円錐台形状としたものである。この逆円錐
台形状の凹部１１とすることにより、半導体ベアチップ
１４のバンプ１６の先端が少しでも凹部１１内に入りさ
えすれば中心がずれていても凹部１１の傾斜した側面を
滑ってバンプ１６を凹部１１の中央部にくるように半導
体ベアチップ１４を実装することができる。

【００２８】最終的な実装形態は図２や図３に示した形
態をとることになる。

【００２９】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３の半導体実装モジュールについて図５（ａ），（ｂ）
を用いて説明する。この実施の形態３も実装基板１０の
接続用電極１２に設ける凹部１１の形状に工夫を加えた
ものである。

【００３０】すなわち、接続用電極１２に形成する凹部
１１として、開口部が狭く、内奥部ほど広くなった蟻溝
形状としたものであり、実装時にはこの凹部１１がバン
プ１６のガイドとなって接続用電極１２に正しくはまり
合い、半導体ベアチップ１４の上部から圧力を加えたと
き図５（ｂ）に示すように凹部１１内にバンプ１６が喰
い付き電気的接続、機械的結合の強固なものとすること
ができる。

【００３１】本実施の形態３では、熱硬化性樹脂や封止
樹脂の使用は必要ないため、工程が少なくできる。

【００３２】（実施の形態４）次に本発明の実施の形態
４の半導体実装モジュールについて図６（ａ）〜（ｃ）
を用いて説明する。

【００３３】図６（ａ）に示すように実装基板１０の上
面に凹部１１を有さない従来と同様の接続用電極１２を
設けたものを準備し、図６（ｂ）に示すようにこの実装
基板１０の表面に絶縁膜２０を一面に設けた後、図６
（ｃ）に示すように上記接続用電極１２上の絶縁膜２０
に凹部１１を形成する。

【００３４】このような実装基板１０を用いて、図６
（ｃ）に示すように半導体ベアチップ１４のバンプ１６
を絶縁膜２０の凹部１１にガイドさせて実装し、加熱加
圧あるいは超音波振動を加えてバンプ１６を接続用電極
１２に接続する。

【００３５】上記絶縁膜２０は塗布によって形成し、硬
化させた後、接続用電極１２に対応する位置にレーザを
照射して凹部１１を形成する。この凹部１１の形成はレ
ーザによる形成方法の他にエッチングによっても形成で
きる。また、絶縁膜２０はソルダーレジストやガラスコ
ート膜を用いることができ、樹脂を用いる場合は封止樹
脂としての働きを兼ねさせることもできる。

【００３６】（実施の形態５）次に本発明の実施の形態
５の半導体実装モジュールについて図７〜図９を用いて
説明する。図７（ａ），（ｂ）は半導体実装モジュール
の実装工程を示す断面図、図８（ａ），（ｂ）は同半導
体実装モジュールに用いる実装基板の製造プロセスを示
す断面図、図９（ａ）〜（ｅ）は他の実装基板の製造プ
ロセスを示す断面図である。

【００３７】本実施の形態５の半導体実装モジュール
は、図７（ａ），（ｂ）に示すように実施の形態４に示
した実装基板１０の絶縁膜２０に設けた凹部１１内に接
続用電極１２と電気的に接続された凹状の金属膜２１を
設け、この金属膜２１を介して半導体ベアチップ１４の
バンプ１６と接続用電極１２とを接続するものである。

【００３８】この構成においても、半導体ベアチップ１
４のバンプ１６は金属膜２１によってガイドされて実装
されることになり、半導体ベアチップ１４の実装基板１
０との位置ずれは完全に無くすことができる。

【００３９】上記構成において、図７ではバンプ１６と
して半球面状の半田バンプを用いたが、金属膜２１の材
質として半田付性に優れた金属を選択することにより、
バンプ１６の接続をより確実なものとすることができ
る。

【００４０】本実施の形態５においては、実施の形態１
〜４に示すような実装ずれ防止の効果だけでなく、従来
の半田バンプを用いた実装では熱衝撃時に受ける半田ポ
ストのせん断方向への歪が半田ポストと接続用電極の界
面に集中するため、その界面部で破断が起こる可能性が
高かったが、以上のような構成により半田ポストのせん
断方向への歪が凹部１１の側面部で抑制できるため、接
続信頼性を向上させることもできる。また、実施の形態
１〜４では図示説明は行わなかったが、一般的な実装基
板１０では、接続用電極１２から配線パターンが引き回
されるため、実施の形態１〜４の形態で半田バンプを用
いた実装を実施しようとすると、接続用電極１２だけで
なく配線パターンにも半田が溶融して流れていくため、
半田量が不足し半導体ベアチップ１４と実装基板１０の
接続が得られなくなる可能性があったが、本実施の形態
５に示したような実装基板１０では、凹部１１内の金属
膜２１の内のみで半田溶融するため、半田のバンプ１６
を用いた実装でも容易に使用可能となる。

【００４１】次に、本実施の形態５で示す凹部１１内の
みに金属膜２１を形成する方法として、２種類の方法を
説明する。

【００４２】まず、図８（ａ），（ｂ）は凹部１１内の
みに金属膜２１を形成する第１の方法を示す工程図であ
る。

【００４３】第１の方法では、図８（ａ）に示す通り実
施の形態４に示すような接続用電極１２上に絶縁膜２０
に凹部１１を形成した実装基板１０の表面に、メッキを
用いて金属膜２１を形成し、図８（ｂ）に示すように研
磨により凹部１１内を除く絶縁膜２０の表面の金属膜２
１を除去することにより形成する。

【００４４】更に、図９（ａ）〜（ｅ）は凹部１１内の
みに金属膜２１を形成する第２の方法を示す工程図であ
る。図９において、２２はレジスト膜を示す。

【００４５】第２の方法では、図９（ａ）に示す通り従
来の実装基板と同様にフォトリソ工法またはメッキによ
り実装基板１０上に接続用電極１２を形成した後、接続
用電極１２を覆うように絶縁膜２０を塗布、硬化し、更
に、図９（ｂ）に示すように絶縁膜２０の表面に溶剤等
で膨潤させることにより剥離可能なレジスト膜２２を貼
り付け、図９（ｃ）に示すように接続用電極１２上のレ
ジスト膜２２及び絶縁膜２０をレーザにより除去して凹
部１１を形成し接続用電極１２を表出させ、図９（ｄ）
に示すようにレジスト膜２２の表面側にメッキを用いて
金属膜２１を形成し、最後に、図９（ｅ）に示すように
レジスト膜２２を溶剤等で膨潤させて除去することによ
って形成される。

【００４６】（実施の形態６）次に本発明の実施の形態
６の半導体実装モジュールについて図１０（ａ），
（ｂ）を用いて説明する。

【００４７】基本的には実施の形態５と同じ構成である
が、絶縁膜２０に設ける凹部１１を半球面状とし、この
凹部１１内に接続用電極１２と電気的に接続される半球
面状の金属膜２１を形成し、半導体ベアチップ１４のバ
ンプ１６も半田により半球面状とし、この両者を位置合
せすることにより半球面状のバンプ１６が自然に半球面
状の金属膜２１内にはまりこみ、確実な位置合せが行え
るとともに接続の信頼性を高めることができる。

【００４８】なお、この実施の形態６では、絶縁膜２０
に凹部１１を設けたものを例としたが、実施の形態１に
示す構成のものにおいて接続用電極１２の上面に設ける
凹部１１を半球面状としても同様の効果を得ることがで
きる。

【００４９】（実施の形態７）本発明の実施の形態７の
半導体実装モジュールを図１１（ａ）〜（ｄ）を用いて
説明する。

【００５０】この実施の形態７は、実施の形態４に示し
た実装基板１０の絶縁膜２０の上にも配線パターン２３
を形成して多層化した実装基板１０としたものである。

【００５１】すなわち、図１１（ａ）に示すように上面
に接続用電極１２を形成した実装基板１０を準備し、こ
の実装基板１０上に図１１（ｂ）に示すように樹脂フィ
ルムを貼付けて絶縁膜２０を形成し、次に図１１（ｃ）
に示すように接続用電極１２上にレーザを照射して接続
用電極１２が表出するように凹部１１を設け、続いて図
１１（ｄ）に示すようにこの絶縁膜２０上および凹部１
１内にメッキによって金属膜２１を形成し、必要な部分
を残して他の部分をエッチング除去して配線パターン２
３を形成する。

【００５２】このような構成とすることにより、凹部１
１に形成された金属膜２１によって半導体ベアチップ１
４のバンプ１６の位置決めが行えて接続の信頼性の向上
が図れるとともに、半導体ベアチップ１４の端子１５が
狭ピッチ化しても実装基板１０の高密度配線化が実現で
き、狭ピッチ化にも十分対応できることになる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明の半導体実装モジュ
ールは構成されるため、半導体ベアチップと実装基板と
の実装位置のずれが無くなり、接続の信頼性に優れたも
のとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における半導体実装モジ
ュールの断面図

【図２】（ａ），（ｂ）同半導体実装モジュールの実装
プロセスを説明する断面図

【図３】（ａ），（ｂ）同半導体実装モジュールの他の
例の実装プロセスを説明する断面図

【図４】本発明の実施の形態２における半導体実装モジ
ュールの実装基板を示す断面図

【図５】（ａ），（ｂ）本発明の実施の形態３における
半導体実装モジュールの実装プロセスを説明する断面図

【図６】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態４における
半導体実装モジュールの実装基板の製造プロセスを示す
断面図

【図７】（ａ），（ｂ）本発明の実施の形態５における
半導体実装モジュールの実装プロセスを説明する断面図

【図８】（ａ），（ｂ）同実施の形態５に用いる実装基
板の製造プロセスを示す断面図

【図９】（ａ）〜（ｅ）同実施の形態５に用いる実装基
板の他の製造プロセスを示す断面図

【図１０】（ａ），（ｂ）本発明の実施の形態６におけ
る半導体実装モジュールの実装プロセスを説明する断面
図

【図１１】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態７におけ
る半導体実装モジュールに用いる実装基板の製造プロセ
スを示す断面図

【図１２】従来の半導体実装モジュールの実装状態を示
す断面図

【図１３】（ａ），（ｂ）従来の他の例の実装プロセス
を説明する断面図

【図１４】（ａ），（ｂ）従来のさらに他の例の実装プ
ロセスを説明する断面図

【図１５】（ａ），（ｂ）従来のさらに他の例の実装プ
ロセスを説明する断面図

【符号の説明】

１０ 実装基板 １１ 凹部 １２ 接続用電極 １３ 熱硬化性樹脂層 １４ 半導体ベアチップ １５ 端子 １６ バンプ １７ 実装治具 １８ 導電性ペースト １９ 封止樹脂 ２０ 絶縁膜 ２１ 金属膜 ２２ レジスト膜 ２３ 配線パターン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実装面側の端子に突起状のバンプを設け
   た半導体ベアチップと、この半導体ベアチップのバンプ
   と接続される接続用電極を設けた実装基板とからなり、
   この実装基板の接続用電極自身または接続用電極の上部
   に半導体ベアチップの突起状のバンプをガイドする凹部
   を設けた半導体実装モジュール。
2. 【請求項２】 凹部を逆円錐台形状とした請求項１に記
   載の半導体実装モジュール。
3. 【請求項３】 凹部を蟻溝形状とした請求項１に記載の
   半導体実装モジュール。
4. 【請求項４】 凹部を半球面状とし、バンプを半球面状
   とした請求項１に記載の半導体実装モジュール。
5. 【請求項５】 凹部を形成した接続用電極を有する実装
   基板にあらかじめ形成した熱硬化性樹脂層により、この
   熱硬化性樹脂層を貫通するように組込まれた半導体ベア
   チップのバンプを接続用電極に当接させて電気的に接続
   させるとともに実装基板に半導体ベアチップを機械的に
   接合した請求項１に記載の半導体実装モジュール。
6. 【請求項６】 凹部を有する接続用電極にバンプの表面
   に形成した導電性ペーストにより接続した請求項１に記
   載の半導体実装モジュール。
7. 【請求項７】 接続用電極を有する実装基板上に上記接
   続用電極と対応する位置に半導体ベアチップのバンプを
   ガイドする凹部を有する絶縁膜を設けた請求項１に記載
   の半導体実装モジュール。
8. 【請求項８】 絶縁膜に設けた接続用電極まで達する凹
   部に接続用電極と電気的に接続される凹状の金属膜を設
   けた請求項７に記載の半導体実装モジュール。